교반

교반 (攪拌, agitation, stirring)은 액체, 기체, 또는 고체 입자가 섞인 혼합물을 젓거나 흔들어 섞는 과정을 의미한다. 이는 물질 내에서 조성, 온도, 농도 등을 균일하게 만들거나 반응 속도를 높이기 위해 사용되는 일반적인 조작이다.

개요

교반은 다양한 분야에서 활용된다. 화학 공학에서는 반응물의 혼합, 열 전달 촉진, 침전 방지 등을 위해 사용되며, 식품 산업에서는 재료의 혼합 및 균질화에 활용된다. 또한 환경 공학에서는 폐수 처리 과정에서 응집제 혼합이나 용존 산소 공급을 위해 사용된다.

원리

교반의 주된 목적은 혼합물을 균일하게 만드는 것이다. 이는 유체 내에 난류를 발생시켜 물질의 이동을 촉진함으로써 달성된다. 교반기의 형태, 속도, 배치 등에 따라 혼합 효율이 달라지며, 대상 물질의 특성(점도, 밀도 등) 또한 중요한 영향을 미친다.

방법

교반은 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 대표적인 방법은 다음과 같다.

• 기계적 교반: 임펠러, 교반 날개 등을 이용하여 직접 혼합물을 젓는 방법이다. 형태와 크기가 다양한 교반기가 사용될 수 있다.
• 기체 교반: 압축 공기나 질소 등의 기체를 주입하여 혼합물을 섞는 방법이다. 주로 저점도 액체나 고체 입자가 현탁된 액체를 혼합하는 데 사용된다.
• 초음파 교반: 초음파를 이용하여 액체 내에 캐비테이션을 발생시켜 혼합을 유도하는 방법이다.
• 정적 혼합기: 파이프라인 내에 고정된 구조물을 이용하여 유체의 흐름을 방해하고 혼합을 촉진하는 방법이다. 외부 동력 없이 혼합이 가능하다.

응용 분야

교반은 다음과 같은 다양한 분야에서 응용된다.

• 화학 공업: 반응기 내 혼합, 중합 반응, 결정화 공정
• 식품 산업: 음료, 소스, 유제품 제조
• 제약 산업: 의약품 제조, 배양
• 환경 공학: 폐수 처리, 슬러지 혼합
• 광업: 광물 침출

참고 문헌

• Coulson and Richardson's Chemical Engineering.
• Perry's Chemical Engineers' Handbook.